(57)【要約】      （修正有）【課題】ここではリソグラフィシステムの像分解能を向上させるための二重露光方法が提示される。【解決手段】本発明は、基板上に印刷される所望のパターンを、リソグラフィシステムによって光学的に分解することができる少なくとも二つの成分サブパターンに分解する工程、所望の高密度ラインパターンでパターンを形成させる基板のターゲット層の上に、第一のポジ型レジスト層と比較的薄い第二のポジ型レジスト層とを塗布する工程を含む。第二のレジスト材料は、第一のパターン形成露光の間、および現像後の第二のパターン形成露光の間、露光放射を吸収し、第二のレジスト材料層の露光される部分の下の第一のレジスト材料の少なくとも一部を、第一のレジスト層の限界エネルギー露光ドーズの或る割合より多い露光ドーズに露光させない。【選択図】図５
2007122025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィプロセスを用いてパターン形成されるように構成および調整された基板であって、該基板はリソグラフィプロセスで放射に露光され、
少なくとも部分的に基板の上にある第一のポジ型レジストの第一の層、および
放射に対してあらかじめ選ばれた吸光度を有し、少なくとも部分的に第一の層の上にある、第二のポジ型現像可能材料の第二の層
を含み、
第二の層を放射に露光する間に、吸光度は、
−  第二のポジ型現像可能材料の下の第一のポジ型レジストの少なくとも一部を第一の層の限界エネルギー露光ドーズの或る割合を超える露光ドーズに露光させず、かつ
−  第二の層を実質的に完全に光活性化させる
ように調整されている基板。
【請求項２】
第二のポジ型現像可能材料は、ポジ型レジスト材料である、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
第一のポジ型レジストは、ＡｒＦレジストまたはアクリレート／メタクリレート系レジストである、請求項１または２に記載の基板。
【請求項４】
第一のポジ型レジストは、ＡｒＦレジストまたはアクリレート／メタクリレート系レジストであり、第二のポジ型現像可能材料は、ＫｒＦレジストまたはポリヒドロキシスチレン系レジストである、請求項１または２に記載の基板。
【請求項５】
第一のポジ型レジストは、ＫｒＦレジストまたはポリヒドロキシスチレン系レジストであり、第二のポジ型現像可能材料は、ｉ線レジストまたはジアゾナフトキノン系レジストである、請求項１または２に記載の基板。
【請求項６】
第一の層の限界エネルギー露光ドーズの割合は、０．５より小さい、請求項１から５のいずれかに記載の基板。
【請求項７】
基板上にレジスト材料の高密度特徴のパターンを形成させる方法であって、
パターンニングデバイスを横切る放射に基板を露光させる工程を含み、
前記基板は、
−  少なくとも部分的に前記基板の上にある第一のポジ型レジストの第一の層、
を含み、
前記方法は、
−  第一の層の吸光度より高い吸光度を有する第二のポジ型現像可能材料の第二の層を第一の層に提供する工程、
−  パターン中の半密度特徴の二つのインタレースしたパターンを特定する工程、
−  パターンを第一および第二の放射パターンをそれぞれ伴う第一および第二のパターンにそれぞれ分割する工程であって、半密度特徴は明るい背景中の暗い特徴に対応する工程、
−  第二の層を第一の放射パターンに露光させる工程、
−  第二のポジ型現像可能材料を現像して、被覆されていない第一のレジスト材料の領域で分離された、第一の層から突出する特徴のパターンを設ける工程、
−  被覆されていない第一のレジスト層と突出特徴とを第二の放射パターンに露光させ、それによって、暗い特徴を突出特徴とインタレースさせて位置決めする工程、および
−  第一のレジスト材料を現像して高密度特徴のパターンを設ける工程
を含む、方法。
【請求項８】
第二の層の前記吸光度は、露光工程の間に、第二のポジ型現像可能材料の下の第一のポジ型レジストの少なくとも一部を第一の層の限界エネルギー露光ドーズの或る割合を超える露光ドーズに露光させず、かつ、第二の層を実質的に完全に光活性化させるように調整されている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第一の層の限界エネルギー露光ドーズの割合は、０．５より小さい、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第二のポジ型現像可能材料は、第一のポジ型レジストと異なる第二のポジ型レジストである、請求項７から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
放射はＡｒＦエキシマレーザ放射であり、第一のレジストはＡｒＦレジストまたはアクリレート／メタクリレート系レジストである、請求項７から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
放射はＡｒＦエキシマレーザ放射であり、第一のレジストはＡｒＦレジストまたはアクリレート／メタクリレート系レジストであり、第二のレジストはｉ線レジスト、ジアゾナフトキノン系レジスト、ＫｒＦレジストまたはポリヒドロキシスチレン系レジストである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
放射はＫｒＦエキシマレーザ放射であり、第一のレジストはＫｒＦレジスト材料またはポリヒドロキシスチレン系レジストであり、第二のレジストはｉ線レジストまたはジアゾナフトキノン系レジストである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
高密度特徴は、高密度ライン形状特徴である、請求項７から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
パターン形成された放射を用いる露光方法によって基板にパターンを形成させるための機械実行可能な指令をコード化された機械読取可能な媒体であって、
露光方法が、
第一のサブパターンと第二のサブパターンとを含む所望のパターンをリソグラフィによってパターン形成させるように構成および調整されたターゲット層を有し、少なくとも部分的にターゲット層の上にあるポジ型レジストの第一の層を有する基板をスピンコートデバイスに供給する工程、
第一の層の上に配置するポジ型現像可能材料の第二の層の吸光度を決定するためのデータを得る工程、
データにもとづき、第二の現像可能材料の前記放射への露光の間に、ポジ型現像可能材料の露光される部分の下のポジ型レジスト材料の少なくとも一部を露光させない吸光度に従って、第二の層の厚さを決定する工程、
決定した厚さにもとづいてスピンコートデバイスの設定値を決定し、この設定値を適用し、第二の層を第一の層に提供する工程、
第一のサブパターンによって、基板を放射の第一のパターンに露光させる工程、
ポジ型現像可能材料を現像する工程、
第二のサブパターンによって、基板を放射の第二のパターンに露光させる工程、および
ポジ型レジストを現像する工程
を含む、媒体。
【請求項１６】
ポジ型現像可能材料は、第一の層のポジ型レジスト材料と異なる第二のポジ型レジストである、請求項１５に記載の媒体。
【請求項１７】
リソグラフィ露光装置と、現像可能材料の層を基板に設けることができるスピンコートデバイスと、前記リソグラフィ露光装置およびスピンコートデバイスを制御するための制御デバイスとを含み、制御デバイスが請求項１５に記載の機械読取可能媒体を含む、リソグラフィシステム。
【請求項１８】
リソグラフィ露光装置は、リソグラフィ投影装置およびリソグラフィ干渉装置の一方である、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、フォトリソグラフィおよび関連方法、ならびに半導体基板を露光させる装置に関する。より詳しくは、本発明は、レジスト材料の高密度特徴パターンを基板上に形成させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ露光装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。そのような場合、パターニングデバイス(patterning device)はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを作り出すことができる。フォトリソグラフィでは、パターニングデバイスを通過させることによって放射ビームにパターンを形成させ、感光性レジスト（すなわちフォトレジスト）材料の層を塗布した基板（シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば一つ以上のダイを含む）にリソグラフィ装置の投影システムによって投影し、これによって、所望のパターンをレジスト中に結像させる。通常、一枚のウェーハは隣り合うターゲット部分のネットワーク(network)全体を含み、投影システムによってターゲット部分を一つずつ次々に照射する。
【０００３】
半導体産業では、より小さなパターンおよび特徴(features)をウェーハ基板上に有するより小さな半導体デバイスへの止むことのない要求によって、リソグラフィ露光装置が実現することができる光学分解能(optical resolution)の限界を押し広げつつある。一般に、リソグラフィ露光装置によって光学的に分解することができるウェーハ基板上に露光されるパターンの反復可能特徴(repeatable features)の最小サイズ（例えば「ハーフピッチ」(“half-pitch”)）は、投影システムおよび（パターン形成された）投影放射ビームの属性に依存する。特に、ハーフピッチ特徴サイズの光学分解能は、レイリー分解能式(Rayleigh resolution equation)の簡略形
ｐ０．５＝ｋｌ・λ／ＮＡ，ｋｌ≧０．２５                                  （１）
（式中、ｐ０．５は反復可能特徴サイズ（例えば「ハーフピッチ」）をｎｍ単位で表し、ＮＡは投影システムの開口数を表し、λは投影ビームの波長をｎｍで表し、ｋｌは、ハーフピッチ特徴サイズで実現可能な光学分解能限界を表す因子である）を用いて導くことができる。
【０００４】
上記で示したように、ｋｌの理論的な光学分解能ハーフピッチの下限は０．２５である。ｋｌ＝０．２５の壁に近づく試みとして、相当な努力が傾注され、より短い波長および／またはより大きい開口数を使用することができ、よってｋｌ≧０．２５の制約条件を守りながら、より小さな特徴の製造を可能にする高価な技術が開発された。しかし、これらの技術では、ｋｌ＝０．２５の壁を回避してｋｌ＜０．２５となるようなｋｌの実効値を実現することはできない。
【０００５】
ラインがピッチｐで存在する高密度のラインアンドスペース(lines and spaces)のパターンを印刷する（すなわち、エッチストップ(etch stop)として働き且つエッチングされるターゲット層の面から突出した、中間にスペースを有するハードマスク材料のラインを設ける）場合、二重露光リソグラフィプロセス(double exposure lithographic process)を適用することによって、ｋｌ＝０．２５の壁を回避することが可能なことが知られている。二重露光リソグラフィプロセスでは、印刷する高密度ラインアンドスペースの所望のパターンを、リソグラフィシステムによって光学的に分解することができる二つのトレンチサブパターン(sub-patterns of trenches)成分（ピッチ２ｐで配置される）に分解する。ハードマスク(hard mask)として働くＳｉＯ２膜でＳｉウェーハを被覆し、このＳｉＯ２膜をネガ型フォトレジスト材料層(negative tone photoresist material layer)で被覆する。トレンチが明るい背景上にピッチ２ｐで配置された暗いライン(dark lines)として見える像に露光させ、続いてレジスト材料を現像して、ピッチ２ｐのトレンチを含む第一のレジストマスク(resist mask)をＳｉＯ２膜上に設ける。続くＳｉＯ２膜のエッチングとレジストの除去とによって、第一のトレンチサブパターンをＳｉＯ２膜に転写する。次に、ハーフピッチ距離分オフセットすれば第一のトレンチサブパターンに一致させることができる第二のトレンチサブパターンについて、ネガ型レジスト材料を塗布し、露光させ、現像し、エッチングするプロセスを繰り返し、それによって、前に形成したトレンチの間に新しいトレンチをインタレースさせる。その結果、第一のサブパターン像と第二のサブパターン像とが一緒になって、トレンチがラインの間のスペースとなっている所望のパターンをターゲット層上のＳｉＯ２膜中に作り出す。この場合、最終的な所望のパターンをハードマスクに転写する二回のエッチング工程が必要なため、追加費用を負担して追加エッチング能力を準備しなければ、このリソグラフィプロセスのスループットは一回露光プロセスに比べて低くなってしまう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、リソグラフィ多重露光プロセス(lithographic multiple exposure process)を改善することができる。本明細書に具体例が示され、広義に記載されている本発明の原理と整合する方法は、リソグラフィシステムにおける解像度の向上をもたらす。
【０００７】
リソグラフィプロセスを用いてパターン形成されるように構成および調整された基板が提供される。この基板は、リソグラフィプロセスで放射線にさらされるもので、少なくとも部分的に基板の上にある第一のポジ型レジスト(positive tone resist)の第一の層と、少なくとも部分的に第一の層の上にあり、放射線に対するあらかじめ選ばれた吸光度(absorbance)を有する第二のポジ型現像可能材料(positive tone developable material)の第二の層とを含む。このとき、第二の層を放射線に露光させる間、第二のポジ型現像可能材料の下の第一のポジ型レジストの少なくとも一部が第一の層の限界エネルギー露光ドーズ(energy-to-clear exposure dose)の或る割合を超える露光ドーズに露光されてしまうことを防ぎ、かつ第二の層を実質的に完全に光活性化させるように、吸光度を調整する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、基板上にレジスト材料の高密度特徴パターンを形成させる方法が提供される。この方法は、パターンニングデバイスを通過する放射に基板を露光させる工程を含み、基板は、少なくとも部分的に基板の上にある第一のポジ型レジストの第一の層を含む。本方法は、第一の層の吸光度より高い吸光度を有する第二のポジ型現像可能材料の第二の層を第一の層に提供する工程、パターン中の半密度特徴(semi-dense features)の二つのインタレースしたパターンを特定する工程、パターンを第一および第二の放射パターンをそれぞれ伴う第一および第二のパターンにそれぞれ分割する工程であって、半密度特徴は明るい背景中の暗い特徴(dark features)に対応する工程、第二の層を第一の放射パターンに露光させる工程、第二のポジ型現像可能材料を現像して、被覆されていない第一のレジスト材料の領域で分離された第一の層から突出している特徴のパターンを設ける工程、被覆されていない第一のレジスト層と突出特徴(protruding features)とを第二の放射パターンに露光させ、それによって、暗い特徴を突出特徴とインタレースさせて位置決めする工程、および第一のレジスト材料を現像して高密度特徴(dense features)パターンを設ける工程を含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、上記で説明した方法は、露光させるときに、第二のポジ型現像可能材料の下の第一のポジ型レジストの少なくとも一部を第一の層の限界エネルギー露光ドーズの或る割合を超える露光ドーズに露光させず、かつ第二の層を実質的に完全に光活性化させるように、第二の層の吸光度を調整する工程を含む。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、パターン形成された放射を用いる露光方法によって基板にパターンを形成させるための機械実行可能な指令をコード化した機械読取可能な媒体が提供される。露光方法は、第一のサブパターンと第二のサブパターンとを含む所望のパターンをリソグラフィによってパターン形成させるように構成および調整されたターゲット層を有し、少なくとも部分的にターゲット層の上にあるポジ型レジストの第一の層を有する基板をスピンコートデバイスに供給する工程、第一の層の上に配置されるポジ型現像可能材料の第二の層の吸光度を決定するためのデータを得る工程、前記のデータにもとづき、ポジ型現像可能材料の露光される部分の下のポジ型レジスト材料の少なくとも一部を露光させない吸光度にもとづいて第二の層の厚さを決定する工程、決定された厚さにもとづいてスピンコートデバイスの設定値を決定し、設定値を適用し、第二の層を第一の層に提供する工程、第一のサブパターンによって基板を放射の第一のパターンに露光させる工程、ポジ型現像可能材料を現像する工程、第二のサブパターンによって基板を放射の第二のパターンに露光させる工程、およびポジ型レジストを現像する工程を含む。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、リソグラフィ露光装置、現像可能な材料の層を基板に設けることができるスピンコートデバイス、およびリソグラフィ露光装置とスピンコートデバイスとを制御するための制御デバイスを備えるリソグラフシステムが提供される。
【００１２】
次に、添付の概略図を参照し、例を示すことだけを目的として、本発明の実施形態を説明する。対応する参照符号は対応する部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記のように、より微細な光学分解能を実現すること、および二重露光プロセスを用いてラインを印刷する場合の理論的なハーフピッチ下限ｋｌの０．２５を回避することには、変わらない求めがある。二重露光プロセスで、二回の露光の間の中間エッチングの使用を回避すれば、重要な利点となるものと考えられる。
【００１４】
下記でもっと詳しく説明するように、本発明は、二重露光技法(dual exposure technique)を実体化することによって、ハーフピッチ下限であるハーフピッチｐ０．５＝ｋｌ・λ／ＮＡ（ここで、ｋｌ≧０．２５）より細かい分解能、従ってｋｌ＝０．２５の壁の回避を実現する。この二重露光技法では、パターン形成され、続いてエッチマスク(etch mask)として機能するために用いられる第一のレジスト層と、露光放射を実質的に吸収し、エッチマスクとして機能するために必要と考えられるより薄い厚さを有する第二のレジスト層とを含む特別に設計されたサンドイッチフォトレジスト構造(sandwich photoresist structure)を使用する。さらに、本発明は、ネガ型レジストの使用よりポジ型レジストの使用が好ましい特徴を印刷する場合にポジ型レジストだけを用いることを可能にする。そのような特徴の例は、高密度のライン、半密度のラインおよび孤立したラインである。
【００１５】
集積回路（ＩＣ）の製造では、リソグラフィ露光装置が用いられ、その場合、マスク（「レチクル」）などのパターンニングデバイスがＩＣの個々の層に対応する回路パターンを作り出す。フォトリソグラフィでは、放射ビームは、レチクルを通過すると、例えば、レチクルの透明表面上の光を吸収するパターン特徴（例えばクロム層）として具体化されたマスクパターンによってパターン形成される。続いて、パターン形成された放射ビームを、リソグラフィ装置の投影システムによって、フォトレジスト材料の層を塗布した基板（例えばシリコンウェーハなど）上のターゲット部分（例えば一つ以上のダイを含む）に投影する。投影システムによってマスクパターンの像が形成され、レジスト材料は前記の像に露光される。露光されたレジストの現像後、レジスト特徴の所望のパターンが得られ、今度はそれをエッチマスクとして用いてレジスト層の下のターゲット層に所望のパターンを転写することができる。
【００１６】
通常、一枚のウェーハは、隣り合うターゲット部分のネットワーク全体を含む。投影システムによってこれらのターゲット部分を一つずつ順次照射する。
【００１７】
投影されたマスクパターンの像は、ウェーハレベルで、明るい露光領域と、暗い理想的には非露光領域、しかし実際には実質的非露光領域とのパターンを提供する。露光放射に直面するレジスト材料層はそのような放射パターンに露光され、明るい領域では放射への露光によって、レジスト中の感光性化合物がレジストの現像液中の溶解度を変化させる（一般に、レジスト現像液は塩基性水溶液である）。ポジ型レジスト中の不溶性から可溶性への（ネガ型レジスト中の可溶性から不溶性への）この溶解度の変化は、レジスト層の厚さ全体にわたって以後Ｅ０で表される露光ドーズのしきい値、いわゆる限界エネルギー(energy-to-clear)で起こる。
【００１８】
高密度特徴の印刷可能ハーフピッチを小さくするために、露光に用いられる放射の波長をできるだけ小さくなるように選ぶ（式１に従って）。投影リソグラフィ用に一般に用いられる放射源は、ｉ線放射放出水銀アークランプ、ＫｒＦエキシマレーザおよびＡｒＦエキシマレーザであり、それぞれ３６５ｎｍ、２４８ｎｍおよび１９３ｎｍの波長のスペクトルピークを有する放射を提供する。
【００１９】
より短い波長で動作する放射源の導入に伴って、レジスト材料層中で露光放射が実質的に吸収されてしまうと、放射がレジスト材料層の厚さ全体にわたってレジスト材料の感光性化合物を活性化するのを妨げるので、これらの放射波長のそれぞれについて、露光に用いられる放射の波長で実質的に非吸収性のレジストを開発しなければならなかった。従来のリソグラフィでは、要求されるエッチング抵抗性に必要な最小厚さよりレジスト層の厚さを厚くする。しかし、例えば、ポジ型レジスト材料が用いられるとき、露光放射の吸収が大きすぎると、露光領域の不良現像の原因となり、レジストの現像後にこの領域に残留非露光レジスト材料が残る可能性がある。従って、エッチマスクとして用いられるレジスト層の過大吸光度の問題は、レジスト材料層の厚さを減らすだけでは解決することができない。従って、水銀アークランプのｉ線放射、またはＫｒＦエキシマレーザおよびＡｒＦエキシマレーザのそれぞれの深紫外線（ＤＵＶ）放射を用いて、レジストをパターン像に露光させることにもとづくリソグラフィプロセスに用いるために、それぞれ実質的に非吸収性のレジストが開発された。ｉ線リソグラフィの場合、普通、ジアゾナフトキノン系レジスト材料が用いられる。エッチング抵抗性が十分な厚さのジアゾナフトキノン系のレジスト材料の層の２４８ｎｍの波長の放射の強い吸収のため、これらのレジストをＫｒＦリソグラフィに用いることはできない。２４８ｎｍの波長でリソグラフィ装置を用いるＫｒＦリソグラフィへの移行によって、化学増幅レジスト材料が用いられるようになった。化学増幅レジスト材料は、２４８ｎｍ放射に対する十分に低い吸光度を特徴とする。一般に、通常のＫｒＦリソグラフィに用いられる化学増幅レジストは、ポリヒドロキシスチレン系レジストである。化学増幅レジスト材料の最も重要な成分は、感光性原料である光酸発生剤（photo-acid generator ＰＡＧと呼ばれる）である。ＰＡＧは、照射されると酸を発生する。しかし、１９３ｎｍ波長の放射に対して十分な透過率を実現する（ＡｒＦリソグラフィでの化学増幅レジスト材料(chemically amplified resist materials)の使用を可能にする）ために、例えばイオン性ＰＡＧなどの新しいＰＡＧ類が導入され、１９３ｎｍ放射波長での対応するレジスト層の吸光度をさらに低くするために現在でも開発中である。通常のＡｒＦリソグラフィで用いられるレジストは、アクリレートおよび／またはメタクリレート系レジストである。以後、特定の放射源での通常使用されるレジストの種類を、上記で説明したように、特定の放射源で参照することにする。従って、本文および請求項中では、ｉ線レジスト、ＫｒＦレジストおよびＡｒＦレジストを参照する。前記の特定の放射源（例を上記に示した）より短い波長で動作する放射源とともに用いる（通常、２００ｎｍと３００ｎｍとの間であるとよいエッチマスクとして機能するために必要な層の厚さで）と、これらのレジストの種類のそれぞれが許容限度を越える吸光度を有することは自明である。
【００２０】
本発明の第一の実施形態によれば、図１に例を示すように、基板Ｗが提供される。基板Ｗは、既にプロセス加工済みのＩＣ層が備わっていてもよい。ターゲット層ＴＬと、第一のレジスト材料Ｒ１を含み、限界エネルギーＥｏ１を有し、ターゲット層ＴＬの上にある第一のレジスト材料層Ｌ１と、第二のレジスト材料Ｒ２を含み、第一のレジスト層Ｌ１の上にある第二のレジスト材料層Ｌ２とをこの順番で基板Ｗに設ける。本発明によれば、レジスト材料層を設ける工程は、例えば、クリーニング、下塗りおよびソフトベークプロセスなどの露光前プロセスを適用することを含んでもよい。露光時に、露光放射の後方反射を減らすために、第二のレジスト材料層Ｌ２は、露光放射の後方反射を減らす現像可能底面反射防止コーティング(Developable Bottom Anti Reflex Coating)をさらに含んでもよく、第一のレジスト材料層Ｌ１は、底面反射防止コーティング(Bottom Anti Reflex Coating)または現像可能底面反射防止コーティング(Developable Bottom Anti Reflex Coating)をさらに含んでもよい。レジスト層Ｌ１およびＬ２は、一つの単一種類の放射源の放射で露光される。本実施形態では、放射源としてＡｒＦエキシマレーザを備えるリソグラフィ露光装置を用いて二重露光プロセスを実行し、第一のレジスト材料Ｒ１はＡｒＦレジストであり、ＡｒＦエキシマレーザ放射の高吸収性材料である第二のレジスト材料はＫｒＦレジストである。本発明がＡｒＦレジスト層とＫｒＦレジスト層との積層を提供することおよび用いることに限定されないことは自明である。例えば、ＡｒＦレジスト層をｉ線レジスト層（ＫｒＦレジスト層の代わりに）で被覆してもよい。ｉ線レジストは、ＡｒＦエキシマレーザ放射に対して高度吸収性である。
【００２１】
露光（レジスト層Ｌ１上に投影される放射パターンへの）および現像後、現像されたレジスト層中のパターンをドライエッチングによってターゲット層ＴＬへ転写するときに第一のレジスト層Ｌ１をエッチマスクとして使用することができるように、第一のレジスト層Ｌ１の厚さを定める。本発明のある態様では、露光された領域で第二のレジスト材料層Ｌ２を厚さ全体にわたって光活性化させるが、同時に第一のレジストＲ１を第一のレジスト層Ｌ１の限界エネルギーＥｏ１より大きな露光ドーズに露光させないように、第二のレジスト材料層Ｌ２の厚さＴＨ２を選ぶだけである。好ましくは、第二のレジスト材料層Ｌ２が第一のレジストＲ１を最大でも限界エネルギーＥｏ１の或る割合に過ぎない露光ドーズにしか露光させないように、第二のレジスト材料層Ｌ２の厚さＴＨ２を選ぶ。この割合は、好ましくは、０．５より小さな数である。こうすれば、第一のレジスト層の現像後、エッチマスクとして使用される層Ｌ１の部分に依然として十分なエッチング抵抗性が提供される。レジスト材料層Ｌ２をエッチマスクとして機能させる必要はまったくないことが自明である。
【００２２】
本実施形態では、レジスト材料Ｒ２はＫｒＦレジストなので、露光させると、ＡｒＦエキシマレーザ放射の強い吸収が起り、その結果、パターン形成されたレジスト層の通常のエッチマスク機能はないので、通常、レジスト材料層Ｌ１の厚さより薄い厚さＴＨ２を選んでもよい。
【００２３】
本発明の一態様によれば、本発明ではパターンを形成したレジスト材料層Ｌ２をエッチマスクとして機能させる必要はまったくないという事実からみて、層Ｌ２の材料は、所望の吸光度を層Ｌ２に提供する任意の適当なポジ型現像可能材料であればよい。
【００２４】
図２に概略の例を示すように、リソグラフィ露光装置を用いて印刷しようとする所望のパターンは、高密度ラインの組ＤＬを含む。通常、対応する高密度ラインのパターンを有するマスクを、基板を被覆するレジスト層上に４分の１または５分の１の縮尺率で結像させる。本発明によれば、ラインＤＬを、対応する半密度ラインマスクパターンＳＤＬ１およびＳＤＬ２として具体化され、リソグラフィ装置によって光学的に分解することができる二つの成分サブパターンに分解する。パターンを有するレチクル表面上で、例えば、クロムオンガラスマスク(Chrome on Glass mask)のクロム層または減衰位相シフトマスク(attenuated phase shift mask)のＭｏ‐Ｓｉ層のラインとして、またはalternating位相シフトマスク(alternating phase shift mask)の透明１８０度位相シフトエッジ(180-degree phase shifting edge)として、または二つ以上のそのような位相シフトエッジ（リソグラフィ装置の分解能限界より小さな距離離れている）としてラインを具体化してもよいことは自明である。
【００２５】
本発明が４分の１または５分の１縮尺率で動作する投影システムの使用に限定されないことは自明である。分りやすくするために、以後、ラインを印刷するプロセスを１倍縮小比で実行すると仮定する（数字をそのように設定する）。本発明の一態様によれば、下記にさらに詳細に説明するように、サブパターンＳＤＬ１およびＳＤＬ２によるレジスト層材料のライン（従って、ターゲット層表面から突き出ている）を、ウェーハ表面上の互いにインタレースした位置にこれらのパターンを順次結像させることによってターゲット層ＴＬに設ける。
【００２６】
リソグラフィ投影装置に基板を供給した後、図３に例を示すように、基板を第一の露光プロセスに付す。第一の露光プロセスでは、第二のレジスト材料層Ｌ２をサブパターンＳＤＬ１の像３１０に露光させる。
【００２７】
像３１０は、露光３００の明るい領域(bright area)を含む。矢印３０１の長さは、これらの領域の第二のレジスト材料層Ｌ２に加えられる露光ドーズの大きさＥｉｎを図式的に示す。像強度パターン(image intensity pattern)３１０は、第一のサブパターンＳＤＬ１のラインに対応する暗い領域(dark area)３０２をさらに含む。この領域で層Ｌ２は露光されずに残る。第二のレジスト材料層Ｌ２中で露光放射が吸収されるので、第一のレジストＲ１の露光は実質的に回避される。詳しくは、限界エネルギーＥｏ１より大きな露光ドーズへの露光は回避される。原理的には、露光領域３００の下のレジスト層Ｌ１は、露光時に吸収性の第二のレジスト材料層Ｌ２を通して漏れる露光ドーズに露光される。この露光ドーズを漏れドーズ(leakage dose)と呼び、Ｅｏｕｔで表す。図３で、露光ドーズの漏れを矢印３０３で図式的に示す。矢印３０３の長さは、漏れドーズＥｏｕｔの大きさを図式的に示す。層Ｌ２を通して漏れる漏れドーズＥｏｕｔは、
Ｅｏｕｔ＝Ｅｉｎ・１０−Ａ                                                （２）
（ここで、Ａは第二の層Ｌ２の吸光度である）によって、第一の露光の露光ドーズＥｉｎに関連づけられる。
【００２８】
限界エネルギーＥｏ１より大きな露光ドーズへの露光を回避するために、Ａ＞Ａｏとなるように第二の層の厚さを選ぶ。ここで、ＡｏはＥｏｕｔ＝Ｅｏ１となり、従って式
Ｅｏ１＝Ｅｉｎ・１０−Ａｏ，または
Ａｏ＝−ｌｏｇ（Ｅｏ１／Ｅｉｎ）                                        （３）
が満たされる層Ｌ２の吸光度である。
【００２９】
好ましくは（第一のレジスト材料層の十分な厚さを、下記で説明する後続のプロセス工程でその層を現像した後、維持するために）、第二の層の厚さＴＨ２をＡ＞Ａｘとなるように選ぶことによって、漏れドーズＥｏｕｔが限界エネルギーＥｏ１の或る割合ｘになるように調整する。ここでＡｘは、Ｅｏｕｔ＝ｘ・Ｅｏ１，ｘ＜０．５となる層Ｌ２の吸光度であり、
Ａｘ＝−ｌｏｇ（ｘ・Ｅｏ１／Ｅｉｎ）                                      （４）
を満たす。
【００３０】
第二のレジスト層Ｌ２の吸光度Ａは、厚さＴＨ２に線形に比例するとして妥当に近似される。例えば、吸光度を、次式
Ａ＝εＴＨ２ｃ                                                        （５）
（ここで、εはＰＡＧの分子吸光係数であり、ｃはＰＡＧの濃度である）のようにモデル化するとよい。
【００３１】
さらに、露光領域で第二のレジスト材料層Ｌ２がその厚さ全体にわたって光活性化されるように、その厚さＴＨ２を選ぶ。
【００３２】
本実施形態では、第一の露光の後、露光されたレジスト材料Ｒ２を第一のレジスト現像プロセスによって除去する。図４に図示するように、露光されていないレジスト材料Ｒ２は残り、従って、レジスト材料層Ｌ１の上に、第一のサブパターンＳＤＬ１のラインに対応するレジスト材料Ｒ２のライン形状特徴４００のマスクが得られる。ライン形状特徴は、レジスト材料層Ｌ１から突き出ている。第一の露光を適用した後、第一のレジスト現像プロセスを適用する前に、例えば露光後ベーク（Post Exposure Bake ＰＥＢ）およびハードベークなどの露光後プロセスを基板に施すこともあるし、施さないこともある（レジスト材料Ｒ２の物性による）。例えば、基板に露光後ベーク（ＰＥＢ）および／またはハードベークを施す場合、第二の露光の露光ドーズを調節することによって、レジスト材料Ｒ１に対するこれらの工程の効果を補償するとよい（下記に説明する）。露光されていないレジスト材料Ｒ２の半密度ライン４００の間のスペースは、レジスト材料層Ｌ１中の領域４０１となる。領域４０１では、レジスト材料Ｒ１は漏れドーズＥｏｕｔ（好ましくは限界エネルギーＥｏ１より十分に低い露光ドーズ）に露光されている。図４では、領域４０１が限界エネルギー未満に露光されていることを、領域４０１を灰色に塗ることによって示す。従って、第一の露光の後、レジスト材料Ｒ１は、限界エネルギーＥｏ１未満で露光されたか、または露光されなかった（像３１０の暗い領域に従い、迷走放射などの重要でない露光をすべて無視する）かのどちらかである。
【００３３】
本実施形態によれば、図５に例を示すように、第二の露光プロセスの間に、第一のレジスト材料層Ｌ１と、露光されなかったレジスト材料Ｒ２のライン形状特徴４００とを、第二のサブパターンＳＤＬ２に則ったＡｒＦエキシマレーザ露光放射のパターン５１０に露光させる。サブパターンＳＤＬ２は、明るい背景領域５００の露光の中に埋め込まれた暗い半密度ライン５０２を含む。パターン５１０は、マスクラインパターンＳＤＬ２の像である。パターン５１０を以後第二の像とも呼ぶ。像５１０の明るい領域がライン４００に対してインタレースされた位置に位置決めされるように、パターン５１０をライン４００に対して配置する。従って、パターンＳＤＬ２のラインは、既に得たライン特徴４００の間に位置決めされる。第二の像５１０の暗いライン５０２の間の明るいスペース５００に対応する領域の中で、ＫｒＦレジスト特徴４００の下のレジスト材料Ｒ１は、ＫｒＦレジスト特徴４００の吸光度によって、限界エネルギーＥｏ１より高いドーズに露光されない。第一の露光を考慮して、第一のレジストＲ１が限界エネルギーＥｏ１の最大０．５以下の割合の露光ドーズへの露光しか許容しないように、第二のレジスト材料層Ｌ２の厚さＴＨ２を選んだ（上記で説明したように）場合、今回の露光でも、同じように、実質的に同じ物理的な状況下で、ＫｒＦレジスト特徴４００の吸光度が、ＫｒＦレジスト特徴４００の下のレジスト材料Ｒ１を過剰露光させない。
【００３４】
ＫｒＦレジスト材料特徴４００を通る露光ドーズ漏れ(exposure dose leakage)のプロセスは、第一回の露光の間の露光ドーズ漏れプロセスと同じである。すなわち、露光ドーズ漏れは、式１〜５など、実質的に同じ物理的条件によって支配される。これは、図３のそれぞれの矢印３０１および３０３に対応する図５の大きな垂直矢印および小さな垂直矢印で図示される。従って、結果として得られる特徴４００の下のレジスト材料Ｒ１の露光は、第二の露光の開始の前に暗い領域５０２で起こった放射への限界エネルギー未満の露光と実質的に同じである。図５では、領域４０１と類似させ、灰色に塗られた領域４０１’（暗いライン５０２に対応する）と５０４（特徴４００の下にある）とでこれを示す。領域４０１’と５０４との間の領域５０５では、レジスト層材料Ｒ１を露光ドーズＥｉｎに十分に露光させる。
【００３５】
本実施形態では、第二の露光後、第二のレジスト現像プロセスを適用することによって、レジスト材料特徴４００と領域５０５中の露光されたレジスト材料Ｒ１とを除去する。上記で説明したように、露光されていないレジスト材料Ｒ１および／または限界エネルギーＥｏ１未満で露光されたレジスト材料Ｒ１は残り、従って、図６に示すように、ターゲット層ＴＬ上に、所望のパターンＤＬのラインに対応し、ターゲット層の面６００から突出するレジスト材料Ｒ１のライン形状特徴のエッチマスクが得られる。第二の露光後、基板にもう一度、例えば露光後ベーク（ＰＥＢ）およびハードベークなどの露光後プロセスを施してもよい。
【００３６】
例えば通常の反応性イオンエッチングを用いる所望のパターンＤＬのターゲット層への転写のためのエッチマスクとして、レジスト材料特徴のパターンを用いることができる。ターゲット層ＴＬへのパターンのそのような最後の転写は、例えば、反応性イオンエッチングに適するドライエッチングチャンバを用いるエッチングを含んでもよい。ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)とも呼ばれる反応性イオンエッチングの利点は、非等方性の方向選択的エッチングプロセスなことである。一方、湿式エッチングは、等方性エッチングプロセス（特徴のアンダーカットの原因となる）である。
【００３７】
領域４０１’と５０４との同じような灰色の塗りつぶしによって図６にさらに例を示すように、第一の露光プロセスと第二の露光プロセスとの露光ドーズＥｉｎが実質的に同じであれば、レジスト特徴６００の放射への露光（限界エネルギー未満の）は、二つのサブパターンのラインで同じになる。従って、そのような限界エネルギー未満の露光ドーズへの露光が、例えばエッチ抵抗性(etch resistance)またはエッチング・バイアス(etching-bias)に対して有効である程度に従って、この効果は、マスクパターンのライン全体に均一に分配され、それによって、プロセス均一性を提供する。
【００３８】
本発明のある態様によれば、漏れドーズＥｏｕｔは、限界エネルギーＥｏ１の或る割合ｘである。この場合、本実施形態の第一および第二の露光では、漏れドーズＥｏｕｔは、層Ｌ１のレジスト材料の層形状の部分、露光放射に直面する層形状の部分だけが可溶性になるしきい値ドーズに等しい。従って、第一のレジスト材料層Ｌ１のその層形状部分（または「上部区域」(“upper section”)）は、二回の露光の間に、現像しきい値より多く露光され、第一および第二の現像プロセスの適用時にそれぞれ現像されて溶け去る。しきい値ドーズを超える露光の効果は、ＡｒＦレジスト層Ｌ１中の露光放射の残留吸収によって、前記の層形状の上部区域に限定されたままである。これによって、第二の層Ｌ２を露光させる間の露光領域の下の第一のレジスト材料Ｒ１の少なくとも一部、および第一の層と前記の特徴４００とを露光させる間の前記特徴４００の下の第一のレジスト材料Ｒ１の少なくとも一部とは、依然、吸光度Ａによって前記のしきい値を超えるドーズに露光されない。この場合にも、前記の層形状の上部区域中および上部区域の下のレジスト材料層Ｌ１の部分中の露光は、これらの二回の露光の間、実質的に同じ物理的条件によってともに支配されるので、エッチ抵抗に対する、またはエッチング・バイアスに対する効果は、マスクパターンのライン全体に均一に分配され、それによって、上記で言及したプロセス均一性を維持する。
【００３９】
本発明の一態様は、本方法が第一および第二の露光にポジ型レジストを使用するので、高密度(dense)および半密度(semi-dense)ライン（あるいは実質的にライン形状の特徴、または細長い特徴、好ましくは最小寸法(critical dimension)の）を印刷することに適していることである。ラインを印刷するための結像プロセスは、明るい背景に対して暗いラインを結像するときに最適品質になる。本発明では、レジスト材料層Ｌ２およびＬ１中に形成されたレジストマスクのライン特徴を印刷するためのリソグラフィプロセスとともにポジ型レジストを用いることによって、この最適品質を得ることができる。
【００４０】
ラインを印刷するために用いられるリソグラフィ露光装置は、通常、パターンニングデバイス（例えばマスク）を支持するように構成された支持構造物と、基板Ｗを保持するように構成された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）とを備える。リソグラフィ露光装置は、二つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する種類であるとよい。そのような「マルチステージ」機械では、追加のテーブルを並列に用いるか、または一つ以上のテーブル上で予備工程を実行しながら、一つ以上の他のテーブルを露光に用いるとよい。パターンＳＤＬ１およびＳＤＬ２用マスクの電子ビーム書き込みの間の残留位置誤差をモニタすることができる。デュアルステージリソグラフィ投影システムでは、第一の露光に用いられたウェーハウェーハチャックをスキャナが「記憶し」(“remembers”)、第二の露光に同じウェーハウェーハチャックを専用する動作モードで二段ステージ装置を用いると、これらの残留誤差を補償することができる。この動作モードを、以後、チャック専用モードと呼ぶ。その結果、チャック専用モードでは、ウェーハウェーハステッピンググリッドおよびウェーハテーブルチャック動作によって誘起される変形フィンガープリントは、第一の露光と第二の露光とで同じになる。これによって、これらの二回の露光の間の修正不能な高次重ね合せ誤差が減少する。さらに、ウェーハステージおよびレチクルステージ用の適切な位置決め補償法を用いることによって、二つのマスクの間の低次電子ビームマスク書き込み装置のパターン位置誤差、例えばラインオフセットおよび倍率誤差をスキャナ中で補償することができる。チャック専用モードでは、本二重露光プロセスによる重ね合せ性能は、マスク書き込み装置の位置決め精度と同程度か、またはそれ以上のことさえある。
【００４１】
本発明の一態様は、スペースではなく、ラインが印刷されることである。二回の露光の間の位置決め誤差は、結果として得られる印刷されたラインには影響せず、ラインの間のスペースだけに影響する。スペースは、通常、例えばトランジスタ性能にとってそれほど重要でない。サブパターンＳＤＬ１とＳＤＬ２との間の位置決め誤差、すなわち二重露光プロセスの二回の露光の間の重ね合せ整合性は、結果として得られるラインの印刷最小寸法に対してまったく影響しない。この位置決め誤差は、マスク書き込みプロセスの間に起こる位置決め誤差のオーダーにすることができる。パターンＳＤＬ１とＳＤＬ２とのラインを印刷するためのリソグラフィプロセスとともにポジ型レジストを用いると、基板Ｗ上に既に形成されているパターンに対するパターンＳＤＬ１とＳＤＬ２との重ね合せ誤差は、ひいては結果として得られるパターンＤＬの重ね合せ誤差も、単一露光プロセスで得られたであろう重ね合せ誤差とすべて同じになる。言い換えると、結果として得られる、基板Ｗ上の基準点に対するターゲット層ＴＬ中のパターンＤＬの位置決め精度は、単一露光プロセスで得られる位置決め精度にそのまま一致する。
【００４２】
現像および／または露光のどちらかに対するフォトレジスト層の応答に少しでも非線形性があれば、サブパターンＳＤＬ１に対応する特徴４００のレジストマスクの空間フーリエ変換には、サブパターンＳＤＬ１の像の強度パターンの空間フーリエ変換より高い空間周波数が含まれる。レジストＲ２の第一の露光および現像によって、第一のサブパターン像を第二のレジスト材料層Ｌ２中に固定させることができる。レジスト材料Ｒ２の特徴４００は、第二の露光の間にコンタクトマスクとして作用し、従って、パターンＳＤＬ１とＳＤＬ２とに対応する二つのサブパターン像をクロストークまたは融合させない。従って、ターゲット層に転写された（特徴６００をエッチマスクとして用いて）パターンＤＬの組み合わせの空間フーリエ変換も、ハーフピッチｐ０．５＝ｋｌ・λ／ＮＡの逆数に対応する空間周波数より高い空間周波数を含む。ここで、ｋｌ≧０．２５であり、ｋｌ＝０．２５の壁の回避が可能である。
【００４３】
本発明の一態様によれば、ターゲット層ＴＬは、ＩＣ層（例えばドーピングされた多結晶シリコン層など）またはエッチマスクとして作用するハードマスク層のどちらかであるとよい。
【００４４】
本発明によれば、二回の露光の間に、ハードマスク層の析出もハードマスク層のエッチングも必要ない。その代わり、本露光およびライン印刷方法は、原則として、二回の露光の間に一回、および第二の露光後に一回、通常の水系現像工程を用いるだけである。従って、リソグラフィ装置と、通常はリソグラフィ装置に連結される塗布／現像トラックとを備えるリソグラフィシステムで、本方法を容易に実体化することができる。
【００４５】
従来の二重露光プロセスに用いるのに適するリソグラフィシステムは、通常、複数のレジスト現像装置と、基板上にレジスト層を塗布するためのスピンコートデバイスなどの基板コーティングデバイスとを備える。本発明の一態様によれば、図７に例を示すように、リソグラフィシステム７０は、リソグラフィ露光装置７１の他に、基板にレジスト材料層Ｌ２を設けることができるスピンコートデバイス７２と、リソグラフィ露光装置およびスピンコートデバイスを制御するための制御デバイス７３とを備える。あらかじめ選択された厚さのレジスト層を基板に設けるように、スピンコートデバイスを調整し、このプロセスを完全自動化してコンピュータ制御下で実行するとよい。スピンコートデバイスによって塗布されるレジスト層の厚さは、例えばスピンコーティングに用いられる回転速度、レジスト材料の温度、スピンコーティングの間に基板Ｗに塗布されるレジスト材料の量、およびレジスト材料の粘度を含む複数のパラメータによって制御される。
【００４６】
一つ以上のスピンコートデバイスを用いて第一および第二のレジスト材料層Ｌ１およびＬ２をそれぞれ塗布するとよい。
【００４７】
図８に、本発明の一実施形態によるリソグラフィ露光装置の概略を示す。本装置は、以下を含む。
【００４８】
−  放射ビームＢ（例えばＵＶ放射、または例えば１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの波長で動作するエキシマレーザによって発生されるようなＤＵＶ放射、または１３．６ｎｍで動作するレーザ発火プラズマ源(laser-fired plasma source)によって発生さるＥＵＶ放射）を調節するように構成された照射システム（イルミネータ）ＩＬ。
【００４９】
−  パターンニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構築され、一定のパラメータに従ってパターンニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第一の位置決め装置ＰＭに接続された支持構造体（例えばマスクテーブル）ＭＴ。
【００５０】
−  基板（例えばレジスト被覆ウェーハ）Ｗを保持するように構築され、一定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第二の位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴ。
−  
【００５１】
パターンニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを、基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳ。
【００５２】
照射システムは、放射を誘導し、形状を定め、または制御するために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気またはその他の種類の光成分、またはそれらの任意の組み合わせなどのさまざまな種類の光成分を含んでよい。
【００５３】
支持体構造物は、フレームまたはテーブルであってよく、例えば、必要に応じて固定型であってもよく、あるいは可動型であってもよい。支持構造物は、パターンニングデバイスが、例えば投影システムに対して、所望の位置にあることを確実にするとよい。本明細書中の用語「レチクル」または「マスク」の使用は、すべてもって一般的な用語「パターンニングデバイス」と同義とみなしてよい。
【００５４】
本明細書で用いられる用語「パターンニングデバイス」は、放射ビームの断面にパターンを付与し、これによって、基板のターゲット部分にパターンを作り出すために用いることができる任意のデバイスを指すものとして広義に解釈すべきである。放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフト特徴またはいわゆるアシスト特徴を備える場合、基板のターゲット部分の所望のパターンに厳密に一致しないことがある点に注意すべきである。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路など、ターゲット部分に作り出されるデバイス中の特定の機能層に対応する。パターンニングデバイスは、透過型であってもよく、あるいは反射型であってもよい。
【００５５】
本明細書で用いられる用語「投影システム」は、用いられる露光放射、あるいは液浸液の使用または真空の使用などの他の因子に適する屈折型、反射型および反射屈折型光学システム、またはそれらの任意の組み合わせを含む任意の種類の投影システムを包含するものとして、広義に解釈すべきである。本明細書では、用語「投影レンズ」の使用は、すべてもっと一般的な用語「投影システム」と同義であるとみなしてよい。
【００５６】
本明細書に示すように、本装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用する）である。あるいは、本装置は、反射型（例えば反射マスクを使用する）であるとよい。
【００５７】
本リソグラフィ装置は、二つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する種類であるとよい。そのような「マルチステージ」機械では、追加のテーブルを並列に用いてもよく、あるいは、一つ以上のテーブル上で予備工程を実行しながら、一つ以上のその他のテーブルを露光に用いてもよい。
【００５８】
リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部分を比較的高い屈折率を有する液体、例えば水で覆い、これによって、投影システムと基板との間の空間を満たすとよい種類であってもよい。リソグラフィ装置中のその他の空間、例えば、マスクと投影システムとの間に液浸液を適用してもよい。液浸技法は、投影システムの開口数を増加させることが当分野では公知である。本明細書で用いられる用語「液浸」は、基板などの構造物を液体中に沈めなければならないことを意味するのではなく、露光の間に、投影システムと基板との間に液体が配置されることを意味するにすぎない。
【００５９】
図８を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。光源およびリソグラフィ装置は、例えば、光源がエキシマレーザであるとき、別個の実体であってよい。そのような場合、光源は、リソグラフィ装置の一部を形成するとみなされず、放射ビームは、例えば、適当な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダーを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けを借りて、光源ＳＯからイルミネータＩＬに通る。その他の場合、例えば光源が水銀灯のとき、光源は、リソグラフィ装置全体の中の一部である。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、必要ならビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼ばれることがある。
【００６０】
イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するためのアジャスタＡＤを含むとよい。一般に、少なくとも、イルミネータの瞳孔面の強度分布の外径および／または内径範囲（普通、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。この他、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなど、さまざまな他の構成部品を含んでもよい。放射ビームを調節するために、放射ビームの断面に所望の均一さおよび強度分布を持たせるためにイルミネータを用いてもよい。
【００６１】
放射ビームＢは、支持構造体（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターンニングデバイス（例えばマスクＭＡ）上に入射し、パターンニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを横断した後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳはビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。第二の位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、線形エンコーダまたは容量センサ）との助けを借りて、基板テーブルＷＴを正確に動かし、これによって、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの通り道に位置決めすることができる。同様に、第一の位置決め装置ＰＭと別の位置センサ（図８には明示的に示していない）とを用いて、例えばマスクライブラリから機械的に取り出した後、またはスキャンの間に、マスクＭＡを放射ビームＢの通り道に対して正確に位置決めすることができる。通常、第一の位置決め装置ＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗位置決め）とショートストロークモジュール（微位置決め）との助けを借りて、マスクテーブルＭＴの移動を実現することができる。同様に、第二の位置決め装置ＰＭの一部を形成するロングストロークモジュールとショートストロークモジュールとを用いて、基板テーブルＷＴの移動を実現することができる。ステッパの場合（スキャナとの対比で）、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータだけに接続してもよく、あるいは固定してもよい。マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２と基板アライメントマークＰ１、Ｐ２とを用いて、マスクＭＡと基板Ｗとをアライメントするとよい。例に示した基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、これらのマークは、ターゲット部分の間の空間に配置してもよい（これらはけがき線アライメントマーク(scribe-lane alignment mark)として知られている）。同様に、マスクＭＡ上に二つ以上のダイを設ける場合、ダイの間にマスク位置決めマークを配置してもよい。
【００６２】
図に示した装置は、以下のモードの少なくとも一つで用いることができると考えられる。
【００６３】
１．ステップモードでは、基本的にマスクテーブルＭＴと基板テーブルＷＴとを静止させ、放射ビームに付与されたパターン全体をターゲット部分Ｃに一時に投影（すなわち単一静止露光）する。次に、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動させ、これによって、別のターゲット部分Ｃを露光させることができる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが単一静止露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズの限界となる。
【００６４】
２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴと基板テーブルＷＴとを同期スキャンしながら、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃに投影（すなわち単一動的露光）する。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速さおよび方向は、投影システムＰＳの倍率（縮尺率）および画像反転特性によって決定することができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズが単一静止露光のターゲット部分の幅（非スキャン方向）の限界となり、スキャン運動の長さがターゲット部分の高さ（スキャン方向）を決定する。
【００６５】
別のモードでは、基本的にマスクテーブルＭＴを静止させてプログラマブルパターンニングデバイスを保持し、基板テーブルＷＴを移動させるかまたはスキャンしながら、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードでは、一般に、パルス放射源を使用し、基板テーブルＷＴの各移動の後、あるいはスキャンの間の連続的な放射パルスの間に、必要に応じて、プログラマブルパターンニングデバイスを更新する。この動作モードは、上記で参照した種類のプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターンニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００６６】
上記で説明した使用モードまたはまったく異なる使用モードの組み合わせおよび／または変化形を使用してもよい。
【００６７】
本発明の一態様によれば、リソグラフィシステムは、リソグラフィ露光装置としてリソグラフィ干渉装置を含む。そのような装置では、マルチビーム干渉装置中で得られる干渉縞パターンにレジスト層を露光させる。例えば、ＵＶまたはＤＵＶ放射の二つの平行ビームは、ある角度で互いに交差して線形の干渉縞を作り出す。可動式テーブル上に、感光層を有するウェーハを配置する。このテーブルを、二次元内でそれぞれ回転および並進するように構成する。任意の適当な公知の単数または複数の光源によって供給される二つの実質平行コヒーレント光学ビームを、ウェーハに関する法線ベクトルから可変角度で互いに向け、フォトレジスト層に向け誘導して、感光層上に干渉パターンを形成させる。干渉するコヒーレント放射の放射ビームは、例えば、ビーム分割素子を用いるＡｒＦエキシマレーザによって発生させ、任意の適当な公知の方法で供給し、これによって、二つの放射ビームが同じ光源からであり、ウェーハの所で強度が実質的に等しく、高コントラスト露光を確実にするとよい。
【００６８】
例えばウェーハを回転させ、および／またはウェーハを並進させることによって、単数または複数のフォトレジスト層上に作り出される干渉パターンを変化させてもよい。
【００６９】
図７を参照して、本発明によれば、制御デバイス７３は、データを記憶することができるメモリを備えるとよい。これらのデータは、サブパターンＳＤＬ１とＳＤＬ２とに関するデータ（例えばステージＭＴおよびＷＴの位置決めに関する設定値、および／または照射モードに関する設定値）であり、両者を併せたパターンＤＬを作り出すために必要な二回の露光のそれぞれの間に、リソグラフィ露光装置７１を制御するために用いられる。同じメモリを用いて、本発明によって基板Ｗに第二のレジスト材料層Ｌ２を設けるために用いられるスピンコートデバイス７２の設定値に関するデータを記憶してもよい。メモリに記憶されたデータにもとづいて、本発明による方法の工程のうち任意の工程を実行するように、制御デバイスの一部であってよいコンピュータをプログラムし、調整する。
【００７０】
図９は、本発明による方法の９００番台の工程の例を示す。これらの工程の実行は、前記のコンピュータ上でコンピュータプログラムを実行させることを含み、前記コのンピュータプログラムは、上記で開示した方法のうちの任意の方法を記述する機械読取可能指令の一つ以上の配列を含む。コンピュータは、そのようなコンピュータプログラムを記憶した機械読取可能媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスクまたは光ディスク）を備える。
【００７１】
本発明の一態様によれば、機械読取可能媒体には、９００番台の工程によって基板にパターンを形成させるための機械実行可能な指令がコード化される。スピンコートデバイスに、ターゲット層ＴＬと第一のレジスト材料層Ｌ１とを備える基板Ｗを供給する（工程９０２）。スピンコートデバイスは、リソグラフィ露光装置７１からスピンコートデバイス７２に基板を輸送する基板取り扱い装置を備えてもよい。次に、工程９０６で、第二の層Ｌ２を露光する間に、吸光度Ａによって、露光領域３０１の下の（および特徴４００を有する第一の層Ｌ１を露光する間に、特徴４００の下の）第一のレジストＲ１の少なくとも一部を限界エネルギーより多い露光ドーズＥｏに露光させないようにするのに必要な第二のレジスト層Ｌ２の厚さＴＨ２を決定する。
【００７２】
上記を目的として、レジスト材料Ｒ１とＲ２とに関するデータ、例えばパラメータε（ＰＡＧの分子吸光係数）およびｃ（ＰＡＧの濃度）など、それぞれの吸光度に関するデータ、ならびに第一および第二の露光に関するデータを含むデータ９０４を入手する。後者のデータは、例えばマスクの種類および最小寸法バイアス(critical dimension bias)、ならびに加えられる露光ドーズなど、パターンＳＤＬ１とＳＤＬ２との性質を含むことがある。
【００７３】
工程９０６での厚さＴＨ２の決定は、例えば、吸光度を計算する工程および式１〜４を適用する工程を含んでもよい。決定は、例えば、あらかじめ定められた第二のレジスト材料の吸光係数にもとづいて、第一のレジストＲ１を最大でも限界エネルギーＥｏ１の或る割合にしかならない露光ドーズに間違いなく露光させることを確実にする最小厚さＴＨ２の値を計算する工程を含んでもよい。この割合は、好ましくは０．５より小さな数である。
【００７４】
この決定は、例えば、あらかじめ定められた第二のレジスト材料の吸光係数にもとづいて、第二のレジスト材料層Ｌ２を露光領域内でその厚さ全体にわたって光活性化する要件を満たす最大の厚さＴＨ２の値を計算する工程をさらに含んでもよい。あるいは、吸光度の値のルックアップ表を用いてもよい。決定工程９０６の結果にもとづいて、工程９０８でスピンコータ用の設定値を決定し、工程９１０でこれらの設定値をスピンコータに適用し、これによって、本発明に従ってレジスト材料層Ｌ１をレジスト材料層Ｌ２で適切に被覆することができる。
【００７５】
次に、基板をリソグラフィ装置７１に輸送する（工程９１２）。この工程も、基板取り扱い装置および輸送装置の使用を含んでもよい。工程９１４で、本実施形態に従って、第一の露光を実行し、工程９１６で、第一のレジスト現像プロセスを適用する。同様に、工程９１８および９２０で、第二の露光と第二のレジスト現像プロセスとを実行する。データ９０４は、パターンＳＤＬ１とＳＤＬ２とをそれぞれ有するレチクル用のサブパターン重ね合せデータおよび位置決めデータをさらに含んでもよい。従って、工程９１４および９１８でこれらのデータを求めさせ、用いさせ、これによって、第二の露光の間に、第一のサブパターンＳＤＬ１に対して第二のサブパターンＳＤＬ２を並べた位置取りで露光させ（例えば、図２に従って）て、図６に例を示す所望のパターンに従ってパターンを形成されたレジストマスクを提供する。工程９２０の実行後、このレジストパターン６００が得られる。
【００７６】
本発明の第二の実施形態は、上記で説明した本発明の第一の実施形態と同じであり、レジスト材料Ｒ２の選択は安全である。本実施形態では、レジスト材料Ｒ２は、ＫｒＦレジストとちょうど同じように１９３ｎｍ波長の放射を吸収するｉ線レジストである。あるいは、レジスト材料Ｒ２は、ｉ線レジストまたはＫｒＦレジストとは異なり、第一の実施形態で説明したように、本発明による吸光度を層Ｌ２に提供するのに十分な１９３ｎｍ放射の吸収を有するポジ型レジストを含む。
【００７７】
本発明の第三の実施形態は、上記で説明した本発明の第一の実施形態と同じであり、放射源および組み合わせとしてのレジスト材料Ｒ２とＲ１との選択は安全である。本実施形態では、第一のレジスト材料Ｒ１はＫｒＦレジストであり、光源ＳＯはＫｒＦエキシマレーザである。レジスト材料Ｒ２は、例えばｉ線レジストであるとよい。あるいは、レジスト材料Ｒ２は、ｉ線レジストとは異なり、第一の実施形態と同様に、本発明による吸収度を層Ｌ２に提供するのに十分な２４８ｎｍ放射の吸収を有するポジ型レジストを含んでもよい。
【００７８】
同様に、本発明の第四の実施形態では、放射源ＳＯはｉ線水銀アークであり、第一のレジスト材料Ｒ１はｉ線レジストである。本実施形態のレジスト材料Ｒ２は、第一の実施形態と同様に、本発明による吸光度を層Ｌ２に提供するのに十分なｉ線放射の吸収を有するポジ型レジストである。
【００７９】
本文中では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を特に参照することがあるが、本明細書で説明したリソグラフィ装置は、総合的な光学システム、磁気ドメインメモリ用の誘導および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造など、他の用途を有する可能性があると理解すべきである。そのような代わりの用途の状況で、本明細書における用語「ウェーハ」または「ダイ」の使用を、もっと一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」とそれぞれ同義であるとみなしてよいことは、当業者には自明である。本明細書で参照される基板は、露光前または露光後に例えばトラック（通常、基板にレジストの層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツール中でプロセス加工してもよい。適用される場合、そのような、およびその他の基板プロセス加工ツールに本明細書の開示を適用することができる。さらに、例えば、多層ＩＣを作り出すために、基板を二回以上加工してもよく、これによって、本明細書で用いられる用語「基板」は、複数のプロセス加工済み層を既に含む基板を指すこともできる。
【００８０】
本明細書で用いられる用語「放射」および「ビーム」は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍあるいは近辺の波長を有する）、および極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含する。
【００８１】
状況によっては、用語「レンズ」は、屈折、反射、磁気、電磁気、静電光学構成部品を含むさまざまな種類の光学構成部品の任意の一つまたは組み合わせを指すことができる。
【００８２】
上記で本発明の特定の実施形態を説明してきたが、説明してきた態様とは異なる態様で本発明を実施することができることは自明である。
【００８３】
上記の説明は、例を示すことを意図し、限定することを意図しない。従って、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、記載の範囲内で本発明に変更を施すことができることは、当業者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ターゲット層と二つのレジスト層とを備える、本方法で用いるために調製された基板の例を示す。
【図２】リソグラフィ分解能を超える高密度ラインパターンの二つの半密度ラインパターンへの分解の例を示す。半密度ラインパターンは、それぞれリソグラフィ分解能の範囲内にある。
【図３】本発明による半密度の暗いラインと明るいスペースとを表す第一の放射パターンへの第一の露光の例を示す。
【図４】第一の露光と、続くレジストの現像との効果の例を示す。
【図５】本発明による半密度の暗いラインと明るいスペースとを表し、第一の放射パターンに対してインタレースされた位置での放射パターンへの第二の露光の例を示す。
【図６】本発明による所望のラインアンドスペースの高密度パターンによるレジストマスクを示す。
【図７】本発明によるリソグラフィクラスタの例を示す。
【図８】本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す。
【図９】本発明による二重露光方法の流れ図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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